西南石山地區(qū)巖溶生態(tài)系統(tǒng)元素遷移動(dòng)態(tài)典型研究

　　西南石山地區(qū)巖溶生態(tài)系統(tǒng)遷移動(dòng)態(tài)典型研究具有廣闊的應(yīng)用前景，成就領(lǐng)先。成果以論文的形式發(fā)表，已在專(zhuān)業(yè)核心刊物發(fā)表論文5篇，主要進(jìn)展包括：（1）驅(qū)動(dòng)元素遷移的巖溶動(dòng)力條件的動(dòng)態(tài)變化巖石的溶解過(guò)程，既是固結(jié)在巖石中元素的遷移過(guò)程，也是元素成為離子態(tài)的活化過(guò)程。而元素在土壤和巖溶沉積物中的富集則是有效性降低的過(guò)程。碳酸鹽巖中元素的遷移或沉積與巖溶動(dòng)力條件如水分、CO、溫度、有機(jī)質(zhì)等的變化密切相關(guān)。該項(xiàng)目通過(guò)對(duì)廣西弄拉、桂林研究點(diǎn)的巖溶動(dòng)力條件（溫度、水文、土壤CO等）的逐日或月監(jiān)測(cè)表明，土壤空氣CO含量表現(xiàn)出明顯的季節(jié)變化和日變化，冬季土壤空氣CO較低，變化范圍一般0.1-0.5％，春季隨著氣溫升高，微生物活動(dòng)加強(qiáng)，土壤CO濃度升高至1-2％，夏季雨熱同期，生物作用非常活躍，土壤CO可比冬季升高一個(gè)數(shù)量級(jí)，一般在2-3％，最高可達(dá)6％，秋天，雖然氣溫高，但雨水明顯減少，生物的活動(dòng)性降低，所以，土壤CO降低至1％左右；土壤CO的日變化幅度不如季節(jié)變化明顯，但也有深夜最低，上午相對(duì)較高的變化規(guī)律。對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的淋失試驗(yàn)表明，土壤有機(jī)碳淋失通量的動(dòng)態(tài)過(guò)程因土壤有機(jī)質(zhì)含量而不同，但都有開(kāi)始淋失快、然后淋失較慢的動(dòng)態(tài)過(guò)程，并有與系統(tǒng)Ca元素遷移動(dòng)態(tài)存在明顯的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r2在74％以上。反映，土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)元素遷移也有很大影響。（2）巖溶生態(tài)系統(tǒng)元素遷移的季節(jié)變化動(dòng)態(tài)：每當(dāng)夏季氣溫升高，微生物活動(dòng)加強(qiáng)，土壤CO濃度升高數(shù)倍至一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)，下伏灰?guī)r的溶蝕作用也大致同步加強(qiáng)，可溶巖元素遷移的量增加，雖然有大暴雨的稀釋沖淡作用，但夏季巖溶水中的濃度明顯高于冬季；土壤中元素的有效態(tài)也比其它季節(jié)高。巖溶區(qū)元素遷移動(dòng)態(tài)往往與巖溶作用的強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，巖溶作用越強(qiáng)，可溶成分遷移量越大，但難溶成分則相對(duì)積累。研究表明，巖溶區(qū)Ca，Mg元素遷移量最大，其遷移情況是與巖溶動(dòng)力條件最緊密相關(guān)的元素，Si，Al，F(xiàn)e以及稀土元素則是伴隨巖溶作用而相對(duì)富集的元素。（3）不同巖溶生態(tài)系統(tǒng)元素遷移差異，森林環(huán)境的碳循環(huán)可加速元素遷移和某些難溶成分的活化。例如，弄拉蘭電堂茂密森林區(qū)(60年代開(kāi)始封山育林，涵養(yǎng)土壤厚達(dá)2.5m)與上弄拉稀疏林區(qū)(85年封山育林涵養(yǎng)土壤厚0.5m)相比，淺層土壤中CO濃度高出0.7％，而水的Ph值則相對(duì)較低，由于茂密森林區(qū)有較多的CO溶解于水中，驅(qū)動(dòng)元素遷移的結(jié)果，巖溶表層泉水中的Ca，Mg，Al，P，F(xiàn)e，Cu，Co的濃度比稀疏林區(qū)高得多。桂林和弄拉土壤剖面的元素的對(duì)比分析結(jié)果，弄拉森林環(huán)境土壤的陽(yáng)離子交換量和微量元素的有效態(tài)明顯高于桂林試驗(yàn)場(chǎng)裸露石山環(huán)境，說(shuō)明森林環(huán)境比石山環(huán)境具有比石疊石山環(huán)境較好的提供植物養(yǎng)分的能力。（4）南方巖溶環(huán)境元素的有效態(tài)：研究表明，盡管巖溶區(qū)土壤中的元素受偏堿性的影響而有效態(tài)及有效率比較低，但相對(duì)來(lái)說(shuō)，巖石背景含量高的元素，其土壤中的有效態(tài)含量明顯較高。碳酸鹽巖的主要成分Ca和Mg的有效率非常突出。Mn，Na，Cu雖然不是碳酸鹽巖的主要成分，但在弄拉地區(qū)的含量相對(duì)高于其它純灰?guī)r區(qū)。而且，由于周?chē)鷰r石的巖溶作用產(chǎn)生的巖溶水向土壤滲流可增加土壤中Ca，Mg，Zn，F(xiàn)e，Cu，Mn等離子的含量，故巖石旁的土壤中微量元素的有效態(tài)相對(duì)略高。巖溶作用對(duì)巖溶區(qū)土壤的元素有效態(tài)有很大影響。（5）巖溶生態(tài)系統(tǒng)元素遷移的生態(tài)效應(yīng)：植被抽樣調(diào)查表明，弄拉共有維管束植物77科126屬212種，其中種子植物72科120屬206種及種下類(lèi)群；而桂林丫吉試驗(yàn)場(chǎng)只有維管束植物32科70屬128種，其中種子植物29科67屬124種及種下類(lèi)群。弄拉植物種的多樣性大大高于一般巖溶區(qū)，究其原因，一個(gè)重要方面，是其巖石和土壤的微量元素含量豐富，植物體中的很多微量元素含量與巖土中的全量呈顯著的相關(guān)性。另一方面，巖溶動(dòng)力作用強(qiáng)，提高了環(huán)境營(yíng)養(yǎng)元素的有效態(tài)。土壤中微量元素全量及其有效態(tài)處于有利于植物生長(zhǎng)的適宜范圍。調(diào)查還表明，很多特有植物的地質(zhì)環(huán)境有特點(diǎn)，如弄拉的中藥材雙鉤藤僅生長(zhǎng)20平方米的鈣質(zhì)頁(yè)巖上；名貴藥材青天葵生長(zhǎng)在具有三分陽(yáng)光、七分蔭的碳酸鹽巖巖石旁，巖溶生態(tài)系統(tǒng)的元素遷移，形成富Ca的巖溶水和土壤水環(huán)境。大量含Ca溶液則易與土壤中游離的胡敏酸結(jié)合形成比較穩(wěn)定的胡敏酸鈣，從而有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的累積。所以，在中國(guó)南方地區(qū)，巖溶區(qū)土壤中的有機(jī)質(zhì)含量往往明顯高于周?chē)募t壤、黃壤和磚紅壤。在桂林試驗(yàn)場(chǎng)巖溶洼地、馬山弄拉、廣西弄崗和貴州茂蘭巖溶土壤表層有機(jī)質(zhì)的含量一般都在10％以上，最高可達(dá)15－34％，而南方的紅壤和磚紅壤的有機(jī)質(zhì)一般在6％以下。評(píng)價(jià)情況：國(guó)土資源部國(guó)際合作與科技司于2001年10月23日對(duì)該項(xiàng)目組織評(píng)議，并通過(guò)驗(yàn)收。評(píng)議組對(duì)該項(xiàng)目給予高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為研究成果總體上為達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平并已取得實(shí)際經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)秀成果，具有廣闊的應(yīng)用前景。